เพื่อตอบสนองความต้องการของบริการคลาวด์ เครือข่ายจึงค่อยๆ แบ่งออกเป็น Underlay และ Overlay เครือข่าย Underlay คืออุปกรณ์ทางกายภาพ เช่น เราเตอร์และสวิตช์ในศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิม ซึ่งยังคงยึดมั่นในแนวคิดเรื่องความเสถียรและให้ความสามารถในการส่งข้อมูลเครือข่ายที่เชื่อถือได้ ในขณะที่เครือข่าย Overlay คือเครือข่ายธุรกิจที่ห่อหุ้มอยู่บนนั้น ใกล้ชิดกับบริการมากขึ้น ผ่านการห่อหุ้มด้วยโปรโตคอล VXLAN หรือ GRE เพื่อให้ผู้ใช้ได้รับบริการเครือข่ายที่ใช้งานง่าย เครือข่าย Underlay และเครือข่าย Overlay มีความสัมพันธ์กันและแยกจากกันได้ และมีความสัมพันธ์กันหรือสามารถพัฒนาได้อย่างอิสระ
เครือข่าย Underlay เป็นรากฐานของเครือข่าย หากเครือข่าย Underlay ไม่เสถียร ธุรกิจก็จะไม่มี SLA (ข้อตกลงระดับบริการ) หลังจากสถาปัตยกรรมเครือข่ายสามชั้นและสถาปัตยกรรมเครือข่าย Fat-Tree แล้ว สถาปัตยกรรมเครือข่ายศูนย์ข้อมูลกำลังเปลี่ยนไปสู่สถาปัตยกรรม Spine-Leaf ซึ่งเป็นการนำมาซึ่งการประยุกต์ใช้โมเดลเครือข่าย CLOS ครั้งที่สาม
สถาปัตยกรรมเครือข่ายศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิม
การออกแบบสามชั้น
ระหว่างปี 2547 ถึง 2550 สถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบสามชั้นได้รับความนิยมอย่างมากในศูนย์ข้อมูล ประกอบด้วยสามชั้น ได้แก่ ชั้นแกนกลาง (โครงสร้างพื้นฐานการสวิตช์ความเร็วสูงของเครือข่าย) ชั้นการรวมข้อมูล (ซึ่งให้การเชื่อมต่อตามนโยบาย) และชั้นการเข้าถึง (ซึ่งเชื่อมต่อเวิร์กสเตชันกับเครือข่าย) โดยมีรูปแบบดังนี้:
สถาปัตยกรรมเครือข่ายสามชั้น
ชั้นแกนกลาง: สวิตช์หลักทำหน้าที่ส่งต่อแพ็กเก็ตความเร็วสูงเข้าและออกจากศูนย์ข้อมูล เชื่อมต่อกับชั้นการรวมข้อมูลหลายชั้น และมีเครือข่ายการกำหนดเส้นทาง L3 ที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งโดยทั่วไปจะให้บริการเครือข่ายทั้งหมด
ชั้นการรวมข้อมูล (Aggregation Layer): สวิตช์การรวมข้อมูลเชื่อมต่อกับสวิตช์การเข้าถึงและให้บริการอื่นๆ เช่น ไฟร์วอลล์ การยกเลิกการเข้ารหัส SSL การตรวจจับการบุกรุก การวิเคราะห์เครือข่าย เป็นต้น
ชั้นการเข้าถึง (Access Layer): สวิตช์การเข้าถึงมักจะอยู่ด้านบนสุดของแร็ค (Top of the Rack) ดังนั้นจึงเรียกว่าสวิตช์ ToR (Top of Rack) และเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์โดยตรง
โดยทั่วไป สวิตช์รวมสัญญาณ (aggregation switch) จะเป็นจุดแบ่งเขตระหว่างเครือข่าย L2 และ L3: เครือข่าย L2 อยู่ด้านล่างของสวิตช์รวมสัญญาณ และเครือข่าย L3 อยู่ด้านบน สวิตช์รวมสัญญาณแต่ละกลุ่มจะจัดการจุดส่งมอบ (Point of Delivery หรือ POD) และแต่ละ POD เป็นเครือข่าย VLAN ที่เป็นอิสระ
โปรโตคอล Network Loop และ Spanning Tree
การเกิดลูปส่วนใหญ่เกิดจากความสับสนที่เกิดจากเส้นทางปลายทางที่ไม่ชัดเจน เมื่อผู้ใช้สร้างเครือข่าย เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ พวกเขามักจะใช้อุปกรณ์สำรองและลิงก์สำรอง ทำให้เกิดลูปขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เครือข่ายเลเยอร์ 2 อยู่ในโดเมนการกระจายสัญญาณเดียวกัน และแพ็กเก็ตการกระจายสัญญาณจะถูกส่งซ้ำๆ ในลูป ทำให้เกิดพายุการกระจายสัญญาณ ซึ่งอาจทำให้พอร์ตถูกปิดกั้นและอุปกรณ์หยุดทำงานได้ในทันที ดังนั้น เพื่อป้องกันพายุการกระจายสัญญาณ จึงจำเป็นต้องป้องกันการเกิดลูป
เพื่อป้องกันการเกิดลูปและเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ จึงสามารถเปลี่ยนอุปกรณ์และลิงก์สำรองให้เป็นอุปกรณ์และลิงก์สำรองได้เท่านั้น กล่าวคือ พอร์ตและลิงก์ของอุปกรณ์สำรองจะถูกบล็อกภายใต้สถานการณ์ปกติและจะไม่เข้าร่วมในการส่งต่อแพ็กเก็ตข้อมูล เฉพาะเมื่ออุปกรณ์ พอร์ต หรือลิงก์ที่ส่งต่อในปัจจุบันเกิดความล้มเหลว ส่งผลให้เกิดความแออัดของเครือข่าย พอร์ตและลิงก์ของอุปกรณ์สำรองจึงจะถูกเปิดขึ้นเพื่อให้เครือข่ายกลับสู่สภาวะปกติ การควบคุมอัตโนมัตินี้ดำเนินการโดยโปรโตคอล Spanning Tree (STP)
โปรโตคอล Spanning Tree (STP) ทำงานระหว่างเลเยอร์การเข้าถึง (Access Layer) และเลเยอร์ปลายทาง (Sink Layer) โดยมีหัวใจหลักคืออัลกอริทึม Spanning Tree ที่ทำงานบนบริดจ์ที่รองรับ STP แต่ละตัว ซึ่งได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดลูปบริดจ์ในกรณีที่มีเส้นทางสำรอง STP จะเลือกเส้นทางข้อมูลที่ดีที่สุดสำหรับการส่งต่อข้อความ และไม่อนุญาตให้ใช้ลิงก์ที่ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของ Spanning Tree ทำให้เหลือเพียงเส้นทางที่ใช้งานได้เพียงเส้นเดียวระหว่างโหนดเครือข่ายสองโหนดใดๆ ส่วนลิงก์อัป (Uplink) อื่นๆ จะถูกบล็อก
STP มีข้อดีหลายประการ ได้แก่ ความง่ายในการใช้งาน การติดตั้งและใช้งานทันที และการตั้งค่าที่น้อยมาก เครื่องภายในแต่ละกลุ่ม (pod) อยู่ใน VLAN เดียวกัน ดังนั้นเซิร์ฟเวอร์จึงสามารถย้ายตำแหน่งภายในกลุ่มได้โดยไม่ต้องแก้ไขที่อยู่ IP และเกตเวย์
อย่างไรก็ตาม STP ไม่สามารถใช้เส้นทางการส่งต่อแบบขนานได้ ซึ่งจะปิดใช้งานเส้นทางสำรองภายใน VLAN เสมอ ข้อเสียของ STP:
1. การปรับตัวของโครงสร้างเครือข่ายช้า เมื่อโครงสร้างเครือข่ายเปลี่ยนแปลง โปรโตคอล Spanning Tree จะใช้เวลา 50-52 วินาทีในการปรับตัวให้เข้ากับโครงสร้างเครือข่ายอย่างสมบูรณ์
2. ไม่สามารถทำหน้าที่กระจายโหลดได้ เมื่อเกิดลูปในเครือข่าย โปรโตคอล Spanning Tree ทำได้เพียงแค่บล็อกลูปเท่านั้น ทำให้ลิงก์ไม่สามารถส่งต่อแพ็กเก็ตข้อมูลได้ ส่งผลให้สิ้นเปลืองทรัพยากรเครือข่าย
ความท้าทายด้านการจำลองเสมือนและการจราจรระหว่างตะวันออกและตะวันตก
หลังปี 2010 เพื่อปรับปรุงการใช้ทรัพยากรด้านการประมวลผลและการจัดเก็บข้อมูล ศูนย์ข้อมูลต่างๆ จึงเริ่มนำเทคโนโลยีเวอร์ชวลไลเซชันมาใช้ และเครื่องเสมือนจำนวนมากก็เริ่มปรากฏขึ้นในเครือข่าย เทคโนโลยีเวอร์ชวลไลเซชันเปลี่ยนเซิร์ฟเวอร์หนึ่งเครื่องให้เป็นเซิร์ฟเวอร์เชิงตรรกะหลายเครื่อง โดยแต่ละเครื่องเสมือนสามารถทำงานได้อย่างอิสระ มีระบบปฏิบัติการ แอปพลิเคชัน ที่อยู่ MAC และที่อยู่ IP ของตัวเอง และเชื่อมต่อกับหน่วยงานภายนอกผ่านสวิตช์เสมือน (vSwitch) ภายในเซิร์ฟเวอร์
การจำลองเสมือนมีข้อกำหนดที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือ การย้ายเครื่องเสมือนแบบเรียลไทม์ ซึ่งหมายถึงความสามารถในการย้ายระบบเครื่องเสมือนจากเซิร์ฟเวอร์ทางกายภาพเครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่งโดยยังคงรักษาการทำงานปกติของบริการบนเครื่องเสมือนเหล่านั้น กระบวนการนี้ไม่ส่งผลกระทบต่อผู้ใช้ปลายทาง ผู้ดูแลระบบสามารถจัดสรรทรัพยากรเซิร์ฟเวอร์ได้อย่างยืดหยุ่น หรือซ่อมแซมและอัปเกรดเซิร์ฟเวอร์ทางกายภาพได้โดยไม่กระทบต่อการใช้งานปกติของผู้ใช้
เพื่อให้มั่นใจว่าบริการจะไม่หยุดชะงักระหว่างการย้ายข้อมูล จำเป็นต้องคงที่อยู่ IP ของเครื่องเสมือนไว้เหมือนเดิม และสถานะการทำงานของเครื่องเสมือน (เช่น สถานะเซสชัน TCP) ก็ต้องคงอยู่เช่นกันระหว่างการย้ายข้อมูล ดังนั้นการย้ายข้อมูลแบบไดนามิกของเครื่องเสมือนจึงสามารถทำได้เฉพาะภายในโดเมนเลเยอร์ 2 เดียวกันเท่านั้น แต่ไม่สามารถย้ายข้ามโดเมนเลเยอร์ 2 ได้ นี่จึงทำให้จำเป็นต้องใช้โดเมนเลเยอร์ 2 ที่ใหญ่ขึ้นตั้งแต่เลเยอร์การเข้าถึงไปจนถึงเลเยอร์หลัก
จุดแบ่งระหว่าง L2 และ L3 ในสถาปัตยกรรมเครือข่ายเลเยอร์ 2 ขนาดใหญ่แบบดั้งเดิมอยู่ที่สวิตช์หลัก และศูนย์ข้อมูลที่อยู่ด้านล่างสวิตช์หลักนั้นเป็นโดเมนกระจายสัญญาณโดยสมบูรณ์ นั่นคือเครือข่าย L2 ด้วยวิธีนี้ สามารถติดตั้งอุปกรณ์และย้ายตำแหน่งได้อย่างอิสระ และไม่จำเป็นต้องแก้ไขการกำหนดค่า IP และเกตเวย์ เครือข่าย L2 ต่างๆ (VLAN) จะถูกส่งผ่านสวิตช์หลัก อย่างไรก็ตาม สวิตช์หลักภายใต้สถาปัตยกรรมนี้จำเป็นต้องรักษาตาราง MAC และ ARP ขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้สวิตช์หลักมีความต้องการความสามารถสูง นอกจากนี้ สวิตช์เข้าถึง (TOR) ยังจำกัดขนาดของเครือข่ายทั้งหมดอีกด้วย สิ่งเหล่านี้ในที่สุดก็จำกัดขนาดของเครือข่าย การขยายเครือข่าย และความสามารถในการยืดหยุ่น ปัญหาความล่าช้าในการจัดตารางเวลาข้ามสามเลเยอร์ ไม่สามารถตอบสนองความต้องการทางธุรกิจในอนาคตได้
ในทางกลับกัน ปริมาณการรับส่งข้อมูลระหว่างตะวันออกและตะวันตกที่เกิดจากเทคโนโลยีเวอร์ชวลไลเซชันก็ก่อให้เกิดความท้าทายต่อเครือข่ายสามชั้นแบบดั้งเดิมเช่นกัน ปริมาณการรับส่งข้อมูลในศูนย์ข้อมูลสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ได้ดังนี้:
การจราจรทิศเหนือ-ใต้:การรับส่งข้อมูลระหว่างไคลเอ็นต์ภายนอกศูนย์ข้อมูลและเซิร์ฟเวอร์ของศูนย์ข้อมูล หรือการรับส่งข้อมูลจากเซิร์ฟเวอร์ของศูนย์ข้อมูลไปยังอินเทอร์เน็ต
การจราจรระหว่างทิศตะวันออกและทิศตะวันตก:การรับส่งข้อมูลระหว่างเซิร์ฟเวอร์ภายในศูนย์ข้อมูลเดียวกัน รวมถึงการรับส่งข้อมูลระหว่างศูนย์ข้อมูลที่แตกต่างกัน เช่น การกู้คืนระบบในกรณีเกิดภัยพิบัติระหว่างศูนย์ข้อมูล การสื่อสารระหว่างคลาวด์ส่วนตัวและคลาวด์สาธารณะ
การนำเทคโนโลยีเวอร์ชวลไลเซชันมาใช้ทำให้การใช้งานแอปพลิเคชันกระจายตัวมากขึ้นเรื่อยๆ และ "ผลข้างเคียง" ก็คือปริมาณการรับส่งข้อมูลระหว่างเซิร์ฟเวอร์ภายในและภายนอกองค์กรเพิ่มขึ้น
สถาปัตยกรรมแบบสามชั้นดั้งเดิมมักได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับการจราจรในทิศเหนือ-ใต้แม้ว่าจะสามารถใช้สำหรับการจราจรในทิศตะวันออก-ตะวันตกได้ แต่สุดท้ายแล้วอาจไม่สามารถทำงานได้ตามที่ต้องการ
สถาปัตยกรรมสามชั้นแบบดั้งเดิม เทียบกับ สถาปัตยกรรมแบบสันและใบ
ในสถาปัตยกรรมแบบสามระดับ การรับส่งข้อมูลระหว่างทิศตะวันออกและทิศตะวันตกจะต้องถูกส่งผ่านอุปกรณ์ในชั้นการรวมข้อมูลและชั้นแกนหลัก ซึ่งเป็นการผ่านโหนดจำนวนมากโดยไม่จำเป็น (เซิร์ฟเวอร์ -> แอ็กเซส -> แอ็กเซส -> สวิตช์แกนหลัก -> แอ็กเซส -> สวิตช์แอ็กเซส -> เซิร์ฟเวอร์)
ดังนั้น หากมีการรับส่งข้อมูลจำนวนมากจากตะวันออกไปตะวันตกผ่านสถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบสามระดับแบบดั้งเดิม อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับพอร์ตสวิตช์เดียวกันอาจแย่งชิงแบนด์วิดท์ ส่งผลให้ผู้ใช้ปลายทางได้รับเวลาตอบสนองที่ช้าลง
ข้อเสียของสถาปัตยกรรมเครือข่ายสามชั้นแบบดั้งเดิม
จะเห็นได้ว่าสถาปัตยกรรมเครือข่ายสามชั้นแบบดั้งเดิมมีข้อบกพร่องหลายประการ:
การสิ้นเปลืองแบนด์วิดท์:เพื่อป้องกันการเกิดลูป โปรโตคอล STP มักจะถูกใช้งานระหว่างเลเยอร์การรวมข้อมูลและเลเยอร์การเข้าถึง เพื่อให้มีเพียงลิงก์อัปเดียวของสวิตช์การเข้าถึงเท่านั้นที่รับส่งข้อมูลจริง ๆ ส่วนลิงก์อัปอื่น ๆ จะถูกบล็อก ส่งผลให้สิ้นเปลืองแบนด์วิดท์
ความยากลำบากในการวางระบบเครือข่ายขนาดใหญ่:ด้วยการขยายขนาดของเครือข่าย ศูนย์ข้อมูลจึงกระจายตัวอยู่ในสถานที่ทางภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกัน เครื่องเสมือนต้องถูกสร้างและย้ายไปยังที่ใดก็ได้ และคุณลักษณะเครือข่าย เช่น ที่อยู่ IP และเกตเวย์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งต้องอาศัยการสนับสนุนจากเลเยอร์ 2 ที่แข็งแกร่ง ในโครงสร้างแบบดั้งเดิม การย้ายข้อมูลไม่สามารถทำได้
การจราจรระหว่างตะวันออกและตะวันตกมีน้อย:สถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบสามระดับได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับการรับส่งข้อมูลในทิศเหนือ-ใต้เป็นหลัก แม้ว่าจะรองรับการรับส่งข้อมูลในทิศตะวันออก-ตะวันตกได้เช่นกัน แต่ก็มีข้อเสียที่เห็นได้ชัด เมื่อปริมาณการรับส่งข้อมูลในทิศตะวันออก-ตะวันตกมีมาก ภาระที่เกิดขึ้นกับสวิตช์ในชั้นรวมข้อมูลและชั้นแกนหลักจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และขนาดและประสิทธิภาพของเครือข่ายจะถูกจำกัดอยู่ที่ชั้นรวมข้อมูลและชั้นแกนหลักเท่านั้น
สิ่งนี้ทำให้องค์กรต่างๆ ตกอยู่ในภาวะกลืนไม่เข้าคายไม่ออกระหว่างต้นทุนและความสามารถในการขยายขนาด:การรองรับเครือข่ายประสิทธิภาพสูงขนาดใหญ่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ในชั้นการรวมระบบและชั้นแกนหลักจำนวนมาก ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้องค์กรมีต้นทุนสูงเท่านั้น แต่ยังต้องมีการวางแผนเครือข่ายล่วงหน้าเมื่อสร้างเครือข่ายด้วย หากขนาดเครือข่ายเล็กเกินไปจะทำให้สิ้นเปลืองทรัพยากร และหากขนาดเครือข่ายขยายตัวอย่างต่อเนื่องก็จะขยายได้ยาก
สถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบกระดูกสันหลัง-ใบ
โครงสร้างเครือข่ายแบบ Spine-Leaf คืออะไร?
เพื่อตอบสนองต่อปัญหาข้างต้นการออกแบบศูนย์ข้อมูลรูปแบบใหม่ที่เรียกว่า สถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบ Spine-Leaf ได้ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งเราเรียกกันว่า เครือข่ายแบบ Leaf-Ridge
ดังที่ชื่อบ่งบอก สถาปัตยกรรมนี้ประกอบด้วยชั้นแกนกลาง (Spine layer) และชั้นใบ (Leaf layer) ซึ่งรวมถึงสวิตช์แกนกลางและสวิตช์ใบ
สถาปัตยกรรมแบบกระดูกสันหลังและใบ
สวิตช์ใบไม้แต่ละตัวเชื่อมต่อกับสวิตช์สันทั้งหมด ซึ่งไม่ได้เชื่อมต่อกันโดยตรง ทำให้เกิดโครงสร้างแบบตาข่ายเต็มรูปแบบ
ในโครงสร้างแบบ Spine-and-Leaf การเชื่อมต่อจากเซิร์ฟเวอร์หนึ่งไปยังอีกเซิร์ฟเวอร์หนึ่งจะผ่านอุปกรณ์จำนวนเท่ากัน (เซิร์ฟเวอร์ -> Leaf -> สวิตช์ Spine -> สวิตช์ Leaf -> เซิร์ฟเวอร์) ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าความหน่วงแฝงจะคาดการณ์ได้ เนื่องจากแพ็กเก็ตจำเป็นต้องผ่านเพียงแค่ Spine หนึ่งตัวและ Leaf อีกหนึ่งตัวเท่านั้นจึงจะไปถึงปลายทางได้
ระบบ Spine-Leaf ทำงานอย่างไร?
สวิตช์ Leaf: เทียบเท่ากับสวิตช์ Access ในสถาปัตยกรรมสามชั้นแบบดั้งเดิม และเชื่อมต่อโดยตรงกับเซิร์ฟเวอร์ทางกายภาพในตำแหน่ง TOR (Top Of Rack) ความแตกต่างจากสวิตช์ Access คือ จุดแบ่งแยกเครือข่าย L2/L3 อยู่ที่สวิตช์ Leaf สวิตช์ Leaf อยู่เหนือเครือข่ายสามชั้น และอยู่ใต้โดเมนการกระจายสัญญาณ L2 ที่เป็นอิสระ ซึ่งช่วยแก้ปัญหา BUM (Bus Under Under) ของเครือข่ายสองชั้นขนาดใหญ่ หากเซิร์ฟเวอร์ Leaf สองตัวต้องการสื่อสารกัน จะต้องใช้การกำหนดเส้นทาง L3 และส่งต่อไปยังสวิตช์ Spine
สวิตช์ Spine: เทียบเท่ากับสวิตช์หลัก ECMP (Equal Cost Multi Path) ถูกใช้เพื่อเลือกเส้นทางหลายเส้นทางระหว่างสวิตช์ Spine และ Leaf แบบไดนามิก ความแตกต่างคือ สวิตช์ Spine ทำหน้าที่เป็นเครือข่ายการกำหนดเส้นทาง L3 ที่มีความยืดหยุ่นสำหรับสวิตช์ Leaf ดังนั้นการรับส่งข้อมูลเหนือ-ใต้ของศูนย์ข้อมูลจึงสามารถกำหนดเส้นทางจากสวิตช์ Spine แทนที่จะกำหนดเส้นทางโดยตรง การรับส่งข้อมูลเหนือ-ใต้สามารถกำหนดเส้นทางจากสวิตช์ Edge ที่ขนานกับสวิตช์ Leaf ไปยังเราเตอร์ WAN ได้
การเปรียบเทียบระหว่างสถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบ Spine/Leaf กับสถาปัตยกรรมเครือข่ายสามชั้นแบบดั้งเดิม
ข้อดีของโครงสร้างแบบสันและใบ
แบน:การออกแบบแบบแบนราบช่วยลดระยะทางการสื่อสารระหว่างเซิร์ฟเวอร์ ส่งผลให้ความหน่วงลดลง ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแอปพลิเคชันและบริการได้อย่างมาก
ปรับขนาดได้ดี:เมื่อแบนด์วิดท์ไม่เพียงพอ การเพิ่มจำนวนสวิตช์แบบริดจ์จะช่วยขยายแบนด์วิดท์ในแนวนอนได้ และเมื่อจำนวนเซิร์ฟเวอร์เพิ่มขึ้น เราสามารถเพิ่มสวิตช์แบบลีฟได้หากความหนาแน่นของพอร์ตไม่เพียงพอ
การลดต้นทุน: การจราจรทั้งทิศเหนือและทิศใต้ โดยอาจออกจากโหนดใบหรือโหนดสันเขา การไหลเวียนในทิศตะวันออก-ตะวันตก กระจายไปตามเส้นทางหลายเส้นทาง ด้วยวิธีนี้ เครือข่ายแบบใบ-สันเขาจึงสามารถใช้สวิตช์ที่มีการกำหนดค่าคงที่ได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้สวิตช์แบบโมดูลาร์ราคาแพง ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนได้
ความหน่วงต่ำและการหลีกเลี่ยงความแออัด:การไหลของข้อมูลในเครือข่ายแบบ Leaf-ridge มีจำนวนฮอปเท่ากันทั่วทั้งเครือข่าย ไม่ว่าต้นทางและปลายทางจะเป็นอย่างไร และเซิร์ฟเวอร์สองเครื่องใดๆ ก็สามารถติดต่อกันได้ภายในสามฮอปจาก Leaf ไปยัง Spine แล้วกลับไปยัง Leaf ซึ่งจะสร้างเส้นทางการรับส่งข้อมูลที่ตรงกว่า ส่งผลให้ประสิทธิภาพดีขึ้นและลดปัญหาคอขวด
ความปลอดภัยและความพร้อมใช้งานสูง:โปรโตคอล STP ถูกใช้ในสถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบสามชั้นแบบดั้งเดิม และเมื่ออุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งล้มเหลว ระบบจะทำการเชื่อมต่อใหม่ ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเครือข่ายหรืออาจทำให้เครือข่ายล้มเหลวได้ แต่ในสถาปัตยกรรมแบบลีฟ-ริดจ์ เมื่ออุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งล้มเหลว จะไม่จำเป็นต้องทำการเชื่อมต่อใหม่ และการรับส่งข้อมูลจะยังคงไหลผ่านเส้นทางปกติอื่นๆ การเชื่อมต่อเครือข่ายจะไม่ได้รับผลกระทบ และแบนด์วิดท์จะลดลงเพียงเส้นทางเดียวเท่านั้น ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อย
การกระจายโหลดผ่าน ECMP เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่ใช้แพลตฟอร์มการจัดการเครือข่ายแบบรวมศูนย์ เช่น SDN SDN ช่วยลดความซับซ้อนในการกำหนดค่า การจัดการ และการเปลี่ยนเส้นทางการรับส่งข้อมูลในกรณีที่เกิดการปิดกั้นหรือลิงก์ล้มเหลว ทำให้การกำหนดค่าและการจัดการโทโพโลยีแบบ Full Mesh ที่มีการกระจายโหลดอัจฉริยะนั้นค่อนข้างง่าย
อย่างไรก็ตาม โครงสร้างแบบ Spine-Leaf ก็มีข้อจำกัดบางประการ:
ข้อเสียอย่างหนึ่งคือจำนวนสวิตช์ที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ขนาดของเครือข่ายใหญ่ขึ้น ศูนย์ข้อมูลที่มีสถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบ Leaf-Ridge จำเป็นต้องเพิ่มจำนวนสวิตช์และอุปกรณ์เครือข่ายให้เหมาะสมกับจำนวนไคลเอ็นต์ เมื่อจำนวนโฮสต์เพิ่มขึ้น จะต้องใช้สวิตช์ Leaf จำนวนมากเพื่อเชื่อมต่อไปยังสวิตช์ Ridge
การเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างสวิตช์แบบสันและแบบใบจำเป็นต้องมีการจับคู่ และโดยทั่วไปแล้ว อัตราส่วนแบนด์วิดท์ที่เหมาะสมระหว่างสวิตช์แบบใบและแบบสันไม่ควรเกิน 3:1
ตัวอย่างเช่น มีไคลเอ็นต์อัตรา 10Gbps จำนวน 48 รายบนสวิตช์ Leaf ที่มีความจุพอร์ตทั้งหมด 480Gb/s หากเชื่อมต่อพอร์ตอัปลิงก์ 40G ทั้งสี่พอร์ตของสวิตช์ Leaf แต่ละตัวเข้ากับสวิตช์ Ridge 40G จะทำให้มีความจุอัปลิงก์ 160Gb/s อัตราส่วนคือ 480:160 หรือ 3:1 โดยทั่วไปแล้ว อัปลิงก์ในศูนย์ข้อมูลจะมีขนาด 40G หรือ 100G และสามารถอัปเกรดได้เมื่อเวลาผ่านไปจากจุดเริ่มต้น 40G (Nx 40G) ไปเป็น 100G (Nx 100G) สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าอัปลิงก์ควรมีความเร็วมากกว่าดาวน์ลิงก์เสมอ เพื่อไม่ให้เกิดการติดขัดของพอร์ตลิงก์
เครือข่ายแบบ Spine-Leaf ยังมีข้อกำหนดด้านการเดินสายที่ชัดเจน เนื่องจากโหนด Leaf แต่ละตัวต้องเชื่อมต่อกับสวิตช์ Spine แต่ละตัว เราจึงจำเป็นต้องวางสายทองแดงหรือสายไฟเบอร์ออปติกมากขึ้น ระยะทางในการเชื่อมต่อทำให้ต้นทุนสูงขึ้น ขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างสวิตช์ที่เชื่อมต่อกัน จำนวนโมดูลออปติกคุณภาพสูงที่จำเป็นสำหรับสถาปัตยกรรม Spine-Leaf นั้นสูงกว่าสถาปัตยกรรมสามระดับแบบดั้งเดิมหลายสิบเท่า ซึ่งเพิ่มต้นทุนการติดตั้งโดยรวม อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ได้นำไปสู่การเติบโตของตลาดโมดูลออปติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งโมดูลออปติกความเร็วสูง เช่น 100G และ 400G
วันที่โพสต์: 26 มกราคม 2026
